JP3912707B2

JP3912707B2 - Inorganic fiber composite molded article and method for producing the same

Info

Publication number: JP3912707B2
Application number: JP10418198A
Authority: JP
Inventors: 安雄三須; 豊米倉; 孝司根本
Original assignee: Saint Gobain TM KK
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: JPH11278913A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内層と外層からなる複合成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温用の耐火断熱材として無機繊維の製品が多く使用されている。無機繊維製品の一つに成形品がある。
【０００３】
無機繊維成形品の多くは、真空成形法と呼ばれる方法により製造される。真空成形法では、水に、無機繊維と、結合剤と、必要に応じて耐火粉末を分散させてスラリーを作り、メッシュを表面に設けたモールドを、スラリーに浸漬して、モールド内部を減圧し、これらの混合物をモールド上に堆積させる。
【０００４】
この他の成形方法としては、ペースト状にした混合物をプレスして成形するプレス法、押し出し成形機を使用する押し出し成形法などが知られている。
【０００５】
無機繊維成形品は、均一な組織を有し、主に平板状であるボードや、円筒状であるスリーブとして、一般に高温用の電気炉の耐火断熱材として使用されている。
【０００６】
しかし、無機繊維成形品は、過酷な条件で使用されることが多く、劣化が著しい。そこで、劣化を抑制するために種々の工夫がされている。
【０００７】
例えば、特公平７−３９９０８号には、電気炉に使用される２層構造を持つ耐火断熱材が提案されている。この耐火断熱材は、高密度の内層と低密度の外層を一体に成形した構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無機繊維成形品には次のような欠点があった。
【０００９】
無機繊維成形品を炉に使用した際には、内側と外側に温度差を生じる。温度差によって膨脹或いは収縮の度合が異なり、応力が発生する。温度差が大きいと、応力が大きくなって、クラックが発生する。特に耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、柔軟性に乏しく、クラックが発生しやすい。いわゆるスポーリングを起こしやすい。クラックが大きい場合には、内側から外側へ貫通したり破断したりして、耐火断熱材としての性能が極端に低下する。
【００１０】
さらに、耐火粉末を含有した無機繊維成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用すると、表面が劣化して剥離することがある。
【００１１】
前述の特公平７−３９９０８号に提案された２層構造の成形品にも、次のような欠点がある。
【００１２】
内層は、耐火粉末を含んだ高密度の層であるために、クラックが発生しやすい。内層にクラックが発生すると、それが外層にも伝わり、クラックが成形品を貫通する。さらに、アルカリ等の不純物が多い炉に使用すると、不純物が成形品の表面に凝集して、表面が劣化して剥離する。
【００１３】
このような従来技術に鑑み、本発明は、スポーリングに強く、安定した断熱性を有し、表面剥離を起こさない無機繊維質の複合成形品を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による複合成形品は、炉内側に配置する内層と炉外側に配置する外層からなる成形品であり、内層は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維が成形品の厚さ方向に配向した無機繊維ブランケットの層であり、外層は、前述の無機繊維と、無機結合材と、有機結合剤と、耐火粉末からなる層であり、材料の異なる内層と外層が互いに接合されていることを特徴とする無機繊維質の複合成形品である。本発明による複合成形品の製造方法は、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維の一方または両方からなる無機繊維、無機結合剤、耐火粉末および有機結合剤を水に加えたスラリーを作り、一方、無機繊維ブランケットの切断面がモールドに接するように、モールドの表面に無機繊維ブランケットを置き、このモールドをスラリーに浸漬し、モールド内部を真空ポンプで吸引して、内層の内部にスラリーを入り込ませて内層と外層を接合することを特徴とする、前述の無機繊維質の複合成形品の製造方法である。
【００１５】
ここで、内層とは、使用の際に、炉内側に位置し、外層とは、使用の際に、炉外側に位置する層を意味する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の無機繊維としては、アルミナシリカ繊維及びアルミナ繊維が好適に使用できる。
【００１７】
アルミナシリカ繊維は、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂、またはＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂とＺｒΟ₂を主成分とする。この繊維は、１０００℃以上で予め熱処理しておくと、耐熱性が向上して好ましい。アルミナシリカ繊維に含まれるアルカリ金属や重金属などの不純物は、少ない方が耐熱性が向上して好ましい。
【００１８】
アルミナ繊維は、Ａｌ₂Ｏ₃が７０重量％以上であり、他にＳｉＯ₂を含有し、主にコランダムやムライトの多結晶繊維である。
【００１９】
本発明で使用する無機繊維ブランケットは、アルミナシリカ繊維やアルミナ繊維の積層体にニ−ドリングや無機長繊維製の糸により縫製したものが好ましい。
【００２０】
このブランケットは、複数枚を積み重ねたり、折り畳んだり、渦巻状に巻いて積層体を作り、この積層体を、有機繊維或いは無機繊維の糸で縫製、又はバンド等により圧縮して、固定する。これを、ブランケットの積層方向に切断して使用する。
【００２１】
本発明で使用する耐火粉末は、例えばアルミナ、ムライト等の粉末である。
【００２２】
本発明で使用する有機結合剤としては、例えば澱粉、アクリル、ラテックスなどが好ましい。
【００２３】
本発明で使用する無機結合剤としては、シリカゾル、アルミナゾルが好ましい。アルカリ含有量の少ない結合剤を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００２４】
本発明の複合成形品は、真空成形法で作製するのが好ましい。この方法は、最初に、無機繊維と、無機結合剤と、必要に応じて耐火粉末および有機結合剤を水に加えて、均一に分散させたスラリーを作る。一方、メッシュを表面に設けたモールドを用意して、モールドの表面に、例えば、無機繊維ブランケットを置く。このとき無機繊維ブランケットの切断面（端面）がモールドに接するように置く。このモールドをスラリーに浸漬して、モールド内部を真空ポンプで吸引して、所定の厚さの複合成形品を得る。
【００２５】
真空成形によると、内層の内部に、スラリーが入り込むので、内層と外層は強く接合する。内層に適当な開口部を設けると、接触する層間の接合力をさらに高めるので好ましい。
【００２６】
【実施例】
図１は、本発明の１つの実施例による複合成形品の一部を示している。
【００２７】
図１に示すように、外層２の繊維が炉内面３に平行に配列しているのに対して、内層１を構成する大部分の繊維は、炉内面３に垂直に配列している。このように繊維が配列した内層１は、炉内に発生するアルカリ等の不純物が付着しても、不純物は浸透、拡散しやすい。すると、境界面が形成されずに、表面が劣化して剥離するのを防止できる。
【００２８】
内層１の厚さは１０ｍｍ以上が好ましい。１０ｍｍより薄いと、スポーリングを起こし易く、クラック防止の効果が少ない。
【００２９】
無機繊維としてアルミナ繊維を使用すると、耐熱性が向上して好ましい。
【００３０】
有機結合剤を嫌う炉などに使用する場合は、予め８００℃〜１６００℃で熱処理しておくと良い。温度が８００℃未満であれば、有機結合剤を処理するのに長時間を要する。１６００℃を越えると、成形品の強度が劣化する。
【００３１】
１５００℃以上で熱処理すると、シリカとアルミナが反応して、成形品にムライトが生成する。この際、シリカが消費されて、成形品の収縮が抑えられるので、耐熟性が向上する。
【００３２】
前述の複合成形品は次の作用効果がある。
【００３３】
耐スポーリング性に優れている内層が存在するために、クラックが発生しにくい。内層が断熱性に優れているので、外層に生じる温度差を小さくして、外層にクラックが発生するのを抑制する。外層にクラックが発生した場合でも、内層に柔軟性があるので、クラックが貫通せず、複合成形品は破断しない。
【００３４】
アルカリ等の不純物が多い炉に使用しても、不純物は内層に浸透して拡散するので表面が劣化して剥離することはない。
【００３５】
実施例１〜４と比較例１〜２
真空成形法により、厚さ５０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍの複合成形品を図１に示すように成形した。
【００３６】
まず、無機繊維ブランケットの切断品を、無機繊維ブランケットの切断面がモールド表面と接するように、モールドに置き、モールド内部を吸引しながら水を無機繊維ブランケットに散布してモールドとブランケットを密着させた。そして、あらかじめ作製したスラリーにモールドを、吸引しながら浸漬して成形した。その後、脱型して、乾燥した。最後に、実施例１、２及び比較例１を電気炉中で１５００℃に昇温して６時間保持する処理をした。
【００３７】
スラリーの配合を表１に重量部として示す。スラリーは他に水を５０００重量部含む。
【００３８】
【表１】

表１において、ＡＳは、無機繊維が、Ａｌ₂Ｏ₃５３重量％、ＳｉＯ₂４７重量％のアルミナシリカ繊維である。ＡＭは、無機繊維が、Ａｌ₂Ｏ₃７２重量％、ＳｉＯ₂２８重量％のアルミナ繊維である。Ａは、無機繊維が、Ａｌ₂Ｏ₃９５重量％、ＳｉＯ₂５重量％のアルミナ繊維である。
【００３９】
成形体密度は、各スラリーで成形した場合の成形体の密度を示す。
【００４０】
本発明の複合成形品の構成と特性の一例を表２に示す。
【００４１】
【表２】

表２の内層の種類において、ＡＢは、化学成分がＡｌ₂Ｏ₃７２重量％、ＳｉＯ₂２８重量％のアルミナ繊維ブランケットである。ＡＳＢは、無機繊維がＡｌ₂Ｏ₃５３重量％、ＳｉＯ₂４７重量％のアルミナシリカ繊維ブランケットである。
【００４２】
耐スポーリング試験は、１００×２００ｍｍに切断した複合成形品を所定の温度の電気炉に挿入して、１５分保持後、炉外に取り出して急冷した。試験は、温度を８００℃から１５００℃迄１００℃毎に上げて、クラックが発生するまで繰り返した。
【００４３】
耐アルカリ性試験は、複合成形品の内層の上にＮａ₂ＣＯ₃試薬５ｇを置き、１１００℃で２４時間加熱して、試薬の状態を観察した。
【００４４】
実施例３、４は、外層に無機粉末を含まず、内層が厚い例である。
【００４５】
比較例１は、実施例１において、内層が無い例である。クラック発生の温度が低く、数個に割れた。耐アルカリ性試験では、試薬が表面に凝集した。
【００４６】
比較例２は、実施例４において、内層が無い例である。クラックが実施例４よりも低温で発生した。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の複合成形品は、内層が存在するために、使用の際にクラックが発生しにくく、耐スポーリング性に優れ、安定した断熱性能を維持できる。
【００４８】
本発明の複合成形品は、アルカリ等の不純物の多い炉に使用しても、表面が劣化によって剥離することはなく、長期間使用できる。
【００４９】
本発明の、熱処理した複合成形品は、有機結合剤を含まないので、炉の雰囲気を汚染しない。さらに、加熱による収縮が抑制できて、耐熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合成形品の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１内層
２外層
３炉内面[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a composite molded article comprising an inner layer and an outer layer.
[0002]
[Prior art]
Inorganic fiber products are often used as refractory insulation for high temperatures. One of the inorganic fiber products is a molded product.
[0003]
Many inorganic fiber molded articles are manufactured by a method called a vacuum forming method. In the vacuum forming method, a slurry is prepared by dispersing inorganic fibers, a binder, and, if necessary, a refractory powder in water. A mold with a mesh on the surface is immersed in the slurry, and the inside of the mold is decompressed. These mixtures are deposited on the mold.
[0004]
As other molding methods, there are known a pressing method in which a paste-like mixture is pressed and molding, an extrusion molding method using an extrusion molding machine, and the like.
[0005]
An inorganic fiber molded article has a uniform structure and is generally used as a refractory heat insulating material for a high-temperature electric furnace as a flat board or a cylindrical sleeve.
[0006]
However, inorganic fiber molded articles are often used under severe conditions and are significantly deteriorated. Therefore, various devices have been devised to suppress deterioration.
[0007]
For example, Japanese Patent Publication No. 7-39908 proposes a refractory heat insulating material having a two-layer structure used for an electric furnace. This refractory heat insulating material has a structure in which a high-density inner layer and a low-density outer layer are integrally formed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional inorganic fiber molded articles have the following drawbacks.
[0009]
When an inorganic fiber molded product is used in a furnace, a temperature difference is generated between the inside and the outside. The degree of expansion or contraction varies depending on the temperature difference, and stress is generated. If the temperature difference is large, the stress increases and cracks occur. In particular, an inorganic fiber molded article containing a refractory powder is poor in flexibility and easily cracks. It is easy to cause so-called spalling. When the crack is large, it penetrates from the inside to the outside or breaks, and the performance as a refractory heat insulating material is extremely lowered.
[0010]
Furthermore, when an inorganic fiber molded article containing a refractory powder is used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the surface may deteriorate and peel off.
[0011]
The molded article having a two-layer structure proposed in the aforementioned Japanese Patent Publication No. 7-39908 also has the following drawbacks.
[0012]
Since the inner layer is a high-density layer containing refractory powder, cracks are likely to occur. When a crack occurs in the inner layer, it is transmitted to the outer layer, and the crack penetrates the molded product. Further, when used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the impurities aggregate on the surface of the molded product, and the surface deteriorates and peels off.
[0013]
In view of such a conventional technique, an object of the present invention is to provide an inorganic fibrous composite molded article that is resistant to spalling, has stable heat insulation, and does not cause surface peeling.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the composite molded article according to the present invention is a molded article comprising an inner layer arranged inside the furnace and an outer layer arranged outside the furnace, and the inner layer is made of one or both of alumina silica fibers and alumina fibers. The inorganic fiber is a layer of an inorganic fiber blanket oriented in the thickness direction of the molded product, and the outer layer is a layer made of the above-described inorganic fiber, an inorganic binder, an organic binder, and a refractory powder. It is an inorganic fibrous composite molded product characterized in that different inner and outer layers are joined together. A method for producing a composite molded article according to the present invention is to produce a slurry in which inorganic fiber, inorganic binder, refractory powder and organic binder composed of one or both of alumina silica fiber and alumina fiber are added to water, while inorganic fiber blanket. Place an inorganic fiber blanket on the surface of the mold so that the cut surface of the mold contacts the mold, immerse this mold in the slurry, suck the inside of the mold with a vacuum pump, and let the slurry enter the inside of the inner layer and the outer layer Is a method for producing the above-mentioned inorganic fibrous composite molded article.
[0015]
Here, the inner layer is located inside the furnace in use, and the outer layer means a layer located outside the furnace in use.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As inorganic fiber of this invention, an alumina silica fiber and an alumina fiber can be used conveniently.
[0017]
The alumina silica fiber is mainly composed of Al ₂ O ₃ and SiO ₂ , or Al ₂ O ₃ , SiO ₂ and Zr ₂ . This fiber is preferably heat-treated in advance at 1000 ° C. or higher because heat resistance is improved. Less impurities such as alkali metals and heavy metals contained in the alumina silica fiber are preferable because the heat resistance is improved.
[0018]
The alumina fiber contains 70% by weight or more of Al ₂ O ₃ , contains SiO ₂ , and is mainly a corundum or mullite polycrystalline fiber.
[0019]
The inorganic fiber blanket used in the present invention is preferably one obtained by sewing a laminate of alumina silica fibers or alumina fibers with needle rings or inorganic long fiber threads.
[0020]
This blanket is formed by stacking, folding, or winding a plurality of blankets to form a laminate, and the laminate is fixed by sewing with a thread of organic fiber or inorganic fiber, or compressing it with a band or the like. This is cut and used in the blanket stacking direction.
[0021]
The refractory powder used in the present invention is, for example, a powder of alumina, mullite or the like.
[0022]
As the organic binder used in the present invention, for example, starch, acrylic, latex and the like are preferable.
[0023]
As the inorganic binder used in the present invention, silica sol and alumina sol are preferable. Use of a binder having a low alkali content is preferred because heat resistance is improved.
[0024]
The composite molded article of the present invention is preferably produced by a vacuum forming method. In this method, first, inorganic fibers, an inorganic binder, and optionally a refractory powder and an organic binder are added to water to form a uniformly dispersed slurry. On the other hand, a mold provided with a mesh is prepared, and, for example, an inorganic fiber blanket is placed on the surface of the mold. At this time, the cut surface (end surface) of the inorganic fiber blanket is placed in contact with the mold. This mold is immersed in a slurry, and the inside of the mold is sucked with a vacuum pump to obtain a composite molded product having a predetermined thickness.
[0025]
According to vacuum forming, since the slurry enters the inside of the inner layer, the inner layer and the outer layer are strongly bonded. Providing an appropriate opening in the inner layer is preferable because it further increases the bonding force between the contacting layers.
[0026]
【Example】
FIG. 1 shows a portion of a composite molded article according to one embodiment of the present invention.
[0027]
As shown in FIG. 1, the fibers of the outer layer 2 are arranged in parallel to the furnace inner surface 3, whereas most of the fibers constituting the inner layer 1 are arranged perpendicular to the furnace inner surface 3. Thus, even if impurities, such as an alkali generated in the furnace, adhere to the inner layer 1 in which the fibers are arranged, the impurities are likely to penetrate and diffuse. Then, it is possible to prevent the surface from deteriorating and peeling without forming a boundary surface.
[0028]
The thickness of the inner layer 1 is preferably 10 mm or more. If it is thinner than 10 mm, spalling is likely to occur, and the effect of preventing cracks is small.
[0029]
Use of alumina fiber as the inorganic fiber is preferable because heat resistance is improved.
[0030]
When used in a furnace that dislikes an organic binder, heat treatment is preferably performed in advance at 800 ° C. to 1600 ° C. If the temperature is less than 800 ° C., it takes a long time to treat the organic binder. If it exceeds 1600 ° C., the strength of the molded product deteriorates.
[0031]
When heat treatment is performed at 1500 ° C. or higher, silica and alumina react to generate mullite in the molded product. At this time, silica is consumed and shrinkage of the molded product is suppressed, so that the ripening resistance is improved.
[0032]
The composite molded article described above has the following effects.
[0033]
Since there is an inner layer with excellent spalling resistance, cracks are unlikely to occur. Since the inner layer is excellent in heat insulation, the temperature difference generated in the outer layer is reduced to suppress the occurrence of cracks in the outer layer. Even when a crack occurs in the outer layer, the inner layer is flexible, so that the crack does not penetrate and the composite molded product does not break.
[0034]
Even when used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the impurities permeate and diffuse into the inner layer, so that the surface does not deteriorate and peel off.
[0035]
Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2
A composite molded product having a thickness of 50 mm, a width of 200 mm, and a length of 200 mm was formed by vacuum forming as shown in FIG.
[0036]
First, the cut product of the inorganic fiber blanket was placed in the mold so that the cut surface of the inorganic fiber blanket was in contact with the mold surface, and water was sprayed onto the inorganic fiber blanket while sucking the inside of the mold to bring the mold and the blanket into close contact with each other. . Then, the mold was immersed and molded in a slurry prepared in advance while being sucked. Thereafter, the mold was removed and dried. Finally, Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were treated in an electric furnace by raising the temperature to 1500 ° C. and holding for 6 hours.
[0037]
The composition of the slurry is shown in Table 1 as parts by weight. In addition, the slurry contains 5000 parts by weight of water.
[0038]
[Table 1]

In Table 1, AS is an alumina silica fiber whose inorganic fibers are 53% by weight of Al ₂ O _{3 and} 47% by weight of SiO ₂ . AM is an alumina fiber whose inorganic fibers are 72% by weight of Al ₂ O _{3 and} 28% by weight of SiO ₂ . A is an alumina fiber containing 95% by weight of Al ₂ O _{3 and} 5% by weight of SiO ₂ .
[0039]
The compact density indicates the density of the compact when molded with each slurry.
[0040]
An example of the composition and characteristics of the composite molded article of the present invention is shown in Table 2.
[0041]
[Table 2]

In the type of the inner layer of Table 2, AB is an alumina fiber blanket having chemical components of Al ₂ O ₃ 72 wt% and SiO ₂ 28 wt%. ASB, the inorganic fibers Al ₂ O ₃ 53 wt%, a SiO ₂ 47 wt% of the alumina-silica fiber blankets.
[0042]
In the spalling resistance test, a composite molded product cut to 100 × 200 mm was inserted into an electric furnace at a predetermined temperature, held for 15 minutes, taken out of the furnace, and rapidly cooled. The test was repeated by raising the temperature from 800 ° C. to 1500 ° C. every 100 ° C. until cracks occurred.
[0043]
In the alkali resistance test, 5 g of Na ₂ CO ₃ reagent was placed on the inner layer of the composite molded article and heated at 1100 ° C. for 24 hours, and the state of the reagent was observed.
[0044]
Examples 3 and 4 are examples in which the outer layer does not contain inorganic powder and the inner layer is thick.
[0045]
Comparative Example 1 is an example in which no inner layer is provided in Example 1. Cracking temperature was low and it cracked into several pieces. In the alkali resistance test, the reagent aggregated on the surface.
[0046]
Comparative Example 2 is an example in which no inner layer is provided in Example 4. Cracks occurred at a lower temperature than in Example 4.
[0047]
【The invention's effect】
Since the composite molded article of the present invention has an inner layer, cracks are unlikely to occur during use, it has excellent spalling resistance, and can maintain stable heat insulation performance.
[0048]
Even if the composite molded article of the present invention is used in a furnace having a large amount of impurities such as alkali, the surface does not peel off due to deterioration and can be used for a long time.
[0049]
Since the heat-treated composite molded article of the present invention does not contain an organic binder, it does not contaminate the furnace atmosphere. Furthermore, shrinkage due to heating can be suppressed, and heat resistance is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a composite molded product according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Inner layer 2 Outer layer 3 Furnace inner surface

Claims

A molded article comprising an inner layer arranged inside the furnace and an outer layer arranged outside the furnace, and the inner layer is an inorganic fiber blanket in which inorganic fibers composed of one or both of alumina silica fibers and alumina fibers are oriented in the thickness direction of the molded article The outer layer is a layer made of the above-described inorganic fiber, inorganic binder, organic binder, and refractory powder, and is characterized in that an inner layer and an outer layer made of different materials are bonded to each other. Fiber composite molded product.

Make a slurry by adding inorganic fiber, inorganic binder, refractory powder and organic binder consisting of one or both of alumina silica fiber and alumina fiber to water, while the cut surface of inorganic fiber blanket is in contact with the mold surface Place the inorganic fiber blanket, and immersing the mold in the slurry, the inner mold by sucking in vacuum pump, characterized by joining the inner and outer layers are allowed to enter the slurry inside the inner layer, claim 2. A method for producing an inorganic fibrous composite molded article according to 1 .

3. The method for producing an inorganic fibrous composite molded article according to claim 2, wherein an opening is provided in the inner layer to increase the bonding force between the contacting layers.